Biologia e Fisiologia vegetale

CITOLOGIA

ISTOLOGIA

ANATOMIA

BOTANICA

Prof. Tommaso Ganino - Corso di laurea in Scienze e Tecnologie Alimetari

CITOLOGIA = studio della cellula. Le cellule

sina.%ba.mn

i. hanno una grandezza che varia dai 10 ai 100

micron.

EUCARIOTE

PROCARIOTE Deriva dalla cellula procariote.

Sono cellule meno evolute, morfologicamente più semplici e Presenza di organuli specializzati.

più piccole. Il DNA è nel nucleo.

Sistema aperto (mancanza di compartimentazione interna). Ha dimensioni maggiori causa compartimentazione interna.

Gli organuli non sono delimitati da membrana. - cellula animale —> le cellule sono delimitate da membrana

Il DNA si trova nel nucleotide. - cellula vegetale —> le cellule sono delimitate da parete cellulare.

PROCARIOTI

Caratteristiche comuni a tutti i procarioti:

- membrana plasmatica (delimitazione esterna)

- citoplasma (soluzione acquosa in cui sono dispersi DNA

e RNA)

- nucleotide (zona di citoplasma in cui è disperso il DNA)

- ribosomi (organelli per la sintesi proteica)

CITOPLASMA —> costituito da:

1. Citosol, solvente acquoso + soluti eterogenei come ioni,

piccole molecole e macromolecole solubili (es. enzimi).

2. Particelle insolubili STRUTTURE SPECIALIZZATE

Membrana esterna

Parete cellulare Capsula

Nei batteri —> formata da

Funzione: supporto meccanico + Racchiude la parete cellulare e la membrana

polisaccaridi e fosfolipidi, non

stabilizzazione forma. esterna.

fungono da barriera selettiva

Formata (nei batteri) da peptidoglicano Costituita da polisaccaridi.

efficacie ma comunque contiene

(polimero di aminozucchero con legami Funzioni: protezione immunitaria + previene

tossine responsabili degli attacchi

incrociati). disidratazione cellule batteriche.

patogeni.

Ha “sensori” per interagire con il mondo Non tutti i batteri possiedono la capsula —> non

esterno. è indispensabile.

Mesosomi

Strutture per la fotosintesi (cianobatteri) Sono invaginazioni della membrana plasmatica

Il plasmalemma si immette nel citoplasma in cui —> Sistema di membrane interne di diversa

sono contenuti clorofilla batterica e altri composti natura coinvolti nella divisione cellulare e nella

essenziali alla fotosintesi. Questi batteri hanno produzione di energia.

ricettori di luce sulla loro membrana esterna.

Flagelli

Appendici filiformi costituiti da flagellina (proteina). Compiono un movimento a frusta che consentono il

movimento della cellula. Sono costituiti da: base, gancio e filamento. ÷

“Struttura 9+2”: sta a indicare 9 coppie di microtubuli disposte ad anello . . .

:

i.

+ 2 microtubuli singoli al centro. Microtubuli consento rigidità + 2

coordinamento di movimento. 3

La nessina è una proteina (di ancoraggio) che ha il compito di legare una z

coppia di microtubuli con la coppia adiacente. "

' FÈI

NESSINA Ìone

s

Dineina interna + dineina esterna —> sono due proteine associate a ogni di flagello

un

coppia di microtubuli.

I raggi sono costituiti da altre proteine, chiamate “proteine dei raggi” —> è

hanno il compito di fissare la struttura esterna alla parte interna dove ci i.

sono i 2 microtubuli. Sezione

è

Questa struttura può funzionare solo quando l’organismo fornisce ATP. § LONGITUDINA

Corpo basale —> non ha funzione di far muovere l’organismo ma per E =

LE

bloccare la struttura alla cellula. La base del filamento ha una “struttura

9+0” —> 9 triplette di microtubuli fissati l’un l’altro con la nessina +

proteine dei raggi (manca dineina). BASE

Cosa servono le dineine? Hanno una funzione importantissima: la dineina serve come “guida” per far manca

scorrere una coppia di microtubuli rispetto ad un’altra. Permettono al microtubulo di scorrere. Per evitare parte centrale

che ci sia soltanto scorrimento (e che vadano via dalla struttura) c’è bisogno della nessina, la quale

blocca le due coppie di microtubuli —> movimento a frusta che si ripercuote per tutta la struttura.

Ciglia Pili

Strutture accessorie di movimento presenti su tutta la superficie del Estroflessioni esterne, sottili e molto allungate, meno

procariote. Ogni ciglia è come un remo (viene caricata attraverso dense delle ciglia. Non servono al movimento bensì al

ATP e poi torna in posizione) —> movimento ondulatorio con 3 riconoscimento (“organo tattile”).

scatti: 1 di carica,1 torna in posizione centrale e l’ultimo scarica. Organi di riconoscimento.

EUCARIOTI - costituita da tanti organelli

Caratteristiche comuni a tutti gli eucarioti (animali e vegetali):

- Nucleo, parte della cellula animale/vegetale che ha il compito di racchiudere l’informazione genetica (DNA, RNA in parte,...).

- Mitocondri, organelli dentro cui avviene la respirazione cellulare (trasformano molecole energetiche in energia, ATP), si può

definire come centrale energetica della cellula.

- Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, cisterne e tubuli membranosi che partecipano alla sintesi di membrana e altri processi

sintetici metabolici. Alle regioni rugose si associano i ribosomi. ER liscio coinvolto in sintesi di lipidi (grassi, sterili e fosfolipidi) +

immagazzinaggio di ioni calcio. ER rugoso coinvolto in sintesi proteine, glicoproteine e fosfolipidi.

- Apparato di Golgi, apparato attivo nei processi di sintesi, rilascio e secrezione di prodotti cellulari.

- Citoscheletro, conferisce la forma alla cellula e partecipa al movimento cellulare. Componenti: microtubuli e microfilamenti.

- Membrana plasmatica, membrana che circonda la cellula e struttura che riveste tutti gli organelli.

- Perosissomi, organelli che si occupano dello smaltimento dei composti ossidanti, come l’acqua ossigenata (molecola di scarto di

alcuni metabolismi).

Solo nella cellula animale Solo nella cellula vegetale

- Lisosomi, organello digestivo al cui interno sono - Plasmodesmi, sistema che la cellula vegetale utilizza per poter comunicare

presenti enzimi idrolitici, idrolisi di macromolecole. con la cellula vicina.

- Centrosomi, regione di origine dei microtubuli. - Vacuoli, sacca che consente alla cellule vegetali di essere ricche in sostanze

Vi è accoppiata una coppia di centrioli (strutture acquose. Questo organello viene definito erroneamente come “cestino

fatte da microtubuli, servono per potere organizzare biologico”. In cellula adulta occupa il 90% del volume della cellula. Può

il citoscheltro all’interno della cellula animale). avvenire attività litica.

- Flagelli, organelli di locomozione - Cloroplasti, o in generale plastidi. Organelli da cui ha origine la fotosintesi,

- Giunzioni, occludenti (impediscono fuoriuscita di quindi la sintesi degli zuccheri a partire dalla CO2.

liquido extracellulare), desmosomi, comunicanti - Parete cellulare, involucro esterno della cellula (nella cellula animale non

(permettono comunicazione tra cellule adiacenti) c’è) —> da rigidità

!

inanimati ;

Tierra

Barak :[

&

La membrana cellulare o plasmalemma o membrana plasmatica è una struttura che si trova intorno alla cellula, si animale che

vegetale (ma anche nei procarioti) che ha il compito di separare l’ambiente intracellulare dall’ambiente extracellulare. Delimita

inoltre tutti gli organelli all’interno della cellula eucariota. Le caratteristiche della membrana possono variare a seconda

dell’organello e della cellula, variando per componenti.

Nelle cellule vegetali il contatto diretto con l’esterno è della parete cellulare, la membrana cellulare viene adagiata sulla parete

cellulare.

Nei vegetali è possibile separare la parete del resto della cellula con l’uso di enzimi: cellulasi e pectidasi, ciò che rimane prende il

nome di protoplasto (protoplasto = cellula privata di parete cellulare).

Se una cellula viene messa a contatto con una soluzione ipertonica (alta concentrazione di soluti), il protoplasto si stacca

parzialmente dalla parete tranne che per i punti in cui ci sono le punteggiature (plasmodesmi - la membrana a livello dei

plasmodesmi è ancorata attraverso proteine di legame specifiche: spettrine, in tal modo si preservano le vie di comunicazione).

Le membrane sono costituite da: lipidi + proteine in ugual peso. Vi è anche

un 10% di carboidrati legati alla faccia esterna.

Lipidi = steroli (funzione: dare compattezza in certi punti della membrana.

Beta-sitosterolo - vegetali + colesterolo - animali), fosfolipidi (funzione:

strutturale —> mattone che va a costituire tutta la membrana cellulare.

Influiscono su fluidità. Lecitine), glicolipidi (funzione: fungono da siti di

attacco a molecole che provengono dall’esterno o dall’interno —> recettori).

Proteine = hanno il compito di comunicare (scambi/ attivazione di un

processo). La maggior parte infossate nel bistrato lipidico (proteine

intrinseche/integrali mono/multipasso —> hanno il compito di mettere

direttamente in comunicazione l’ambiente extracellulare con l’ambiente

intracellulare).

Proteine estrinseche/periferiche, non penetrano nello strato lipidico ma

restano in superficie (esterna o interna). Funzioni —> trasporto (H+-

ATPasi, Ca2+-ATPasi, traslocatore di zuccheri, amminoacidi, anioni,

minerali; canali proteici, acquaporine) + recepiscono segnali esterni/

interni e ne attivano un metabolismo (comunicazione segnali).

I carboidrati legati a queste proteine possono più o meno attivare la proteina

a cui sono legati.

La membrana cellulare viene definita come una struttura definita “struttura a mosaico fluido” (by Singer & Nicholson). La

membrana è la porta di ingresso della cellula, quindi deve avere tante funzioni e tante regolazioni. Due termini fondamentali per

identificare la membrana:

1. Mosaico —> tanti pezzi diversi (proteine, carboidrati e lipidi) messi insieme per formare una struttura complessa

2. Fluido —> la membrana può cambiare forma senza rompersi. Questa fuidità è data dai lipidi (acidi grassi saturi e insaturi)

Per studiare la membrana questi due ricercatori hanno usato una tecnica chiamata

“criodecappaggio” (freeze-fracture): hanno preso una cellula, l’hanno congelata e poi

hanno tagiato il bloccchetto di ghiaccio, aprendolo. Quello che hanno visto è che la cellula

si separa facilmente una volta congelata, ma non si separa tutta, solo la parte che è meno

ghiacciata, ovvero la parte degli acidi grassi (densità diversa). Hanno visto quindi che una

parte della membrana stava attaccata al pezzo di ghiaccio superiore, mentre l’altra parte

rimaneva attaccata alla cellula. In più hanno visto che la parte inferiore presentava delle

gibbosità (protuberanze) e che la parte alta era complementare (solchi) —> la membrana è

fatta da due parti. Oggi sappiamo che la membrana cellulare è fatta da un doppio strato

fosfolipidico: la testa (glicerolo) del fosfolipide essendo idrofila è polare e si

orienta verso l’esterno della cellula e verso l’interno, la coda (acidi grassi) è

idrofila quindi apolare e costituisce la parte centrale della membrana. Questa

caratteristica conferisce alla cellula la possibilità di interagire con le sostanze

polari verso l’interno e verso ‘esterno, ma di proteggere la cellula da

un’eccessiva perdita di liquidi grazie allo strato idrofobo. Questa membrana

viene definita “semi-permeabile”: non consente l’ingresso di tutte le sostanza,

ma soltanto di alcune.

Fluidità e movimento: ogni fosfolipide può compiere movimenti laterali (10^7 volte al secondo) oppure può ribaltarsi (movimento

flip-flop —> movimenti più rari. Servono per spostare i siti di attacco di alcune molecole). I fosfolipidi conferiscono anche fluidità

e viscosità alla membrana: una membrana si definisce fluida quando la sua composizione è fatta in prevalenza di acidi grassi

insaturi (se solo saturi —> la cellula muore perchè si rompe la struttura). La cellula può modificare la fluidità o insaturando gli

acidi grassi di membrana oppure disponendo tra gli acidi grasi di membrana gli steroli. Se la cellula ha bisogno di una maggiore

viscosità in una determinata parte della membrana, deporrà tra un fosfolipide e l’altro dello sterolo in maniera tale da compattare la

membrana, rendendola più viscosa (- fluida) —> ciò non lo fa su tutta la membrana.

Anche la parte proteica non è statica, ma bensì dinamica: possono muoversi e interagire con l’ambiente esterno —> membrana in

continua evoluzione. Funzioni —> 5 fondamentali:

1. Difesa della cellula

2. Compartimentazione cellulare è avvenuta grazie alla membrana

3. Comunicazione, intesa come trasporto (passaggio di molecole

dall’interno verso l’esterno e viceversa, in maniera tale che ci sia una

comunicazione tra ambiente intracellulare ed extraccellulare o tra

cellule e cellule)

4. Le proteine estrinseche hanno la funzione di recepire i segnali

esterni/interni per attivare successivamente i metabolismi

5. Comunicazione tra cellula e cellula

Normalmente quando una cellula è esposta a T ambientali diverse, tende

a fluidificare la membrana. Come fa una pianta a resistere al freddo? Si

deve abbassare il punto di fusione, per fare in modo che l’acqua non

congeli a 0°C ma invece che congeli a -5/-10°C —> chimicamente, basta

agggiungere dei sali. I polimeri vengono trasformati in monomeri, si

aumenta la salinità della soluzione del citoplasma e la pianta resiste al

freddo. Per far ciò il citoplasma si raggrnzisce, diminuisce il suo volume

e quindi la membrana deve pter cambiare forma e seguire questa

disidratazioe. Per seguire la disidratazione, rende la membrana molto

fluida e quindi plasmabile.

FUNZIONI della membrana:

1. Trasporto: una proteine attraversa la membrana creando un canale idrofilo consentendo il passaggio di un soluto specifico —>

passaggio selettivo. Alcune proteine necessitano di energia per trasportare un determinato soluto (contro gradiente - es. pompa

sodio-potassio).

2. Attività enzimatica: catalizzano una reazione. Es.: enzima che catalizza la sintesi della cellulosa.

3. Traduzione di segnale: una proteina estrinseche di membrana (recettore) può avere un legame con un messaggero esterno

(molecola segnale) il quale provoca un cambiamento di conformazione della proteina, la quale trasmette un messaggio all’interno

della cellula, attivando/disattivando un metabolismo.

4. Riconoscimento tra cellule: alcune glicoproteine agiscono da marcatori. Questi vengono riconosciuti da proteine di membrana

di altre cellule.

5. Adesione intracellulare: le proteine di membrana adiacenti possono unirsi formando diversi tipi di giunzioni (es. serrate o

occludenti).

6. Adesione al citoscheltro e alla matrice extracellulare: il citoscheletro aderisce alla membrana mediante le spettrine. Le cellule

animali, all’esterno della membrana hanno un’atra struttura: la matrice extra cellulare (“scheletro esterno”: proteoglicani + fibre di

collagene, struttura principale + fibronectina, fa aderire il collagene l’uno all’altro ) che è collegata alle proteine di membrana grazie

alla fibronectina (in questi punti, la membrana è meno fluida, grazie al colesterolo)

MARCATORI al

contribuiscono

mantenimento

forma

della

restano insup

.

ESTRINSECA

Deputate qft.tt

AITRASPORTO

SELETTIVO di µ

7

molecole fluidità

modulatore

Infossate nclbistrato lipidico temperatura

della

seconda

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TRASPORTO lconatp

Attivo )

ANTIPATICHE OTRASPORTO Passivo (

reg secondo

ROFOBE AAAPOLAR ,

. gradiente ) lato

dal

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EXTRACELLULARE del

=

la membrana

lato

dal

posta Impediscono

CITOPLASMATICO impacchettamento

della membrana aumento

stretto

fluidità dimembra

Impacchetta .

na

.

stretto

mento

Ciàdona viscosità

cellule animali alla membrana

Complesso PROTEOGLICANI

di

(

[ M hanno

FIBRONECTINA funzione

la rafforzare

di

lamatn.cl fibre

extracellulare touvuclgere

COLLAGENE

glicoproteina di

fibre collagene

di

Ccllegacouaoenealla .

membrana GLICOPROTEINA

INTEGRINE proteine unite care

: a.

legami

↳ mediante

idrati COVALENTI .

proteici

recettori Servono al di

RICONOSCIMENTO

> un

disnperficie altra cellula

I. La membrana è SEMIPERMEABILE in

trasmettono segnali quanto:

fra ECME Citoscheletro filamenti di ACTINA - non è tutta permeabile (per le proteine)

loro

tra

intrecciati - non è tutta impermeabile (per gli acidi

grassi).

SINTESI DEI COSTITUENTI DI UNA MEMBRANA:

1) Le proteine (ER rugoso) e i lipidi (acidi grassi - ER liscio) di membrana sono sintetizzati nel

reticolo endoplasmatico (ER). I carboidrati, nelle cellule vegetali possono derivare dai plastidi,

mentre nella cellula animale, provengono da altre sostanze organiche assorbite dall’esterno.

Durante la sintesi della membrana cellulare, gli organelli coinvolti è il sistema endomembrana

(ER liscio + rugoso + apparato del Golgi); sono un sistema di “sacchi”. Questi organelli sono

fatti di membrana cellulare.

1) Le proteine sintetizzate dall’ER rugoso si posizioneranno e legheranno sulla membrana (e

non all’interno) di queste vescicole (sacca che si stacca da un organello e va in un altro

organello).

2) ER liscio —> sintetizza acidi grassi —> vescicola che si stacca dal reticolo ha una membrana

già modificata.

3) Apparato del Golgi —> modifica ulteriormente queste molecole: proteine assumono struttura

secondaria/terziaria/quaternaria, gli acidi grassi possono essere ulteriormente modificati con

l’aggiunta di altre molecole. Dopo le modifiche,